心电信号的采集与分析

1. 获取心电图信号

1. 将电源电压调节至 +5 V 和 -5 V，并将它们串联连接。
2. 搭建如图4所示的电路。计算电阻和电容的取值。对于高通滤波器，截止频率应为 0.5 Hz。电容值应根据下表（根据可获得性）选择。

可用的电容值 (µF )
0.001	1	100
0.022	2.2	220
0.047	4.7	470
0.01	10	1000
0.1	47	2200

3. 将电极放置在患者的右臂、左臂和右腿（此为参考电极）上，并将其连接到电路。
4. 使用示波器观察心电图信号（V_o）。按下自动设置（Auto Set）按钮，并根据需要调整水平和垂直刻度。尽管信号中存在噪声，仍应能够看到R波峰值。

2. 使用仪器软件显示心电图信号

1. 在本演示中，我们使用了 LabVIEW。编写一个程序，通过用于配置测量的图形界面和波形图来显示心电图（ECG）信号。选择模拟输入后，使用以下设置配置程序：

• 信号输入范围 >> 最大值 = 0.5；最小值 = -0.5
• 端子配置 >> RSE
• 采集模式 >> 连续
• 读取样本数 = 2000
• 采样率 = 1000

2. 采集心电图信号并观察波形。您将看到类似于 图1 的信号。
3. 调整横轴的刻度，以秒为单位显示时间。
4. 在仪器测量中，通常需要将感兴趣的信号放大至特定幅值。创建一个增益控制，并将其设置为使心电图信号的幅值为 2 Vp。

3. 分析心电图信号

在本节中，将对心电图（ECG）信号进行滤波和分析，以确定心率。以下框图展示了该程序的各个组成部分。

1. 使用波形图显示信号。
2. 使用以下方法评估信号的频谱 振幅和相位谱 subvi（位于信号处理 → 频谱）并使用波形图显示其幅值。横轴对应频率，该轴为离散形式，因为计算机采用快速傅里叶变换（FFT）算法来计算信号的频谱。频率范围从 k = 0 到 k = (N-1)/2，其中 N 为序列长度，在本例中为 4000。要计算对应的模拟频率，请使用以下公式：
   
   其中 fs 为采样频率。请注意，信号的大部分能量集中在低频范围，同时在中频范围存在一个高强度的峰值。使用上述公式计算该峰值的频率。
3. 使用 Butterworth 或 Chebyshev 函数实现一个低通滤波器。选择截止频率为 100 Hz。确保该滤波器在阻带内提供至少 -60 dB/十倍频程的衰减。
4. 连接输出信号 从电子表格中读取数据 低通滤波器的输入端。
5. 使用巴特沃斯（Butterworth）或切比雪夫（Chebyshev）函数实现一个阻带滤波器。目标是在不改变其他频率的情况下，降低60 Hz的干扰。尝试选择接近60 Hz的截止频率。
6. 将低通滤波器的输出连接到阻带滤波器的输入。
7. 使用以下方法寻找峰 峰值检测器 subvi（位于信号处理 → 信号运算）。对于阈值，请观察信号的幅值并选择最合适的数值。
8. 使用以下方法提取峰的位置 索引数组 编程 → 数组中的 subvi
9. 用较高位置减去较低位置，然后乘以采样周期 T = 1/fs，以获得 RR 间期。
10. 计算倒数，调整单位，并设置指示器以显示每分钟节拍数（BPM）。